Caricatura del perfil de densidad y la distribución de segmentos a lo largo de las cadenas de polímero modelo en función de la posición, donde el púrpura representa el isopreno y el azul el estireno, ilustrando la diferencia entre aleatorio, degradado, cuadra, y copolímeros de bloque ahusados.
¿Cómo se hace un material que tiene la elasticidad de una banda de goma y el aislamiento térmico de una taza de poliestireno? Conecte dos cadenas de polímero distintas, poli (isopreno) y poli (estireno), de un extremo a otro, como una serie de bloques de construcción para niños. El resultado es un "copolímero de bloque" con el nombre apropiado que cuenta con las propiedades de ambos materiales y se usa comúnmente en los neumáticos de los automóviles y en las suelas de los zapatos deportivos.
Pero el rasgo más impresionante de un copolímero de bloque es su capacidad de autoensamblaje. Imagina, por ejemplo, dejando caer una mezcla de poli (isopreno) y poli (estireno) en el suelo. Los dos bloques incompatibles se 'separarán en fases' como el aceite y el agua. Sin embargo, conecte los extremos de los dos polímeros juntos y el material generalmente se puede ensamblar en un material bien definido con estructura a nanoescala.
El ensamblaje natural es extremadamente valioso para aplicaciones emergentes a nanoescala, incluidos materiales para pilas de combustible, baterías de iones de litio, y fotovoltaica orgánica.
Los copolímeros de bloque pueden crear nanoestructuras bien definidas sin el procesamiento tradicional a nanoescala, dijo el investigador de la Universidad de Delaware, Thomas Epps. El uso de copolímeros de bloque puede ayudar a aumentar o reemplazar las técnicas litográficas y de otro tipo, lo que significa que se pueden fabricar materiales a nanoescala sin las costosas herramientas.
Para aprovechar al máximo la arquitectura molecular de un copolímero de bloque, Los investigadores están buscando formas de controlar las interacciones entre bloques de polímeros a través de medios como altas temperaturas y disolventes selectivos.
"Cuando hago un copolímero de cierta composición y peso molecular, Normalmente me he encerrado en una temperatura de procesamiento basada en esos factores químicos, ", Dijo Epps." Queremos encontrar una manera de ajustar estos materiales para que, no importa qué bloques se combinen, podemos controlar las condiciones de procesamiento ".
Para hacer esto, Epps y sus colegas investigadores de la Universidad de Delaware, Nripen Singh y Maeva Tureau, están explorando la sintonización con puesta a punto, lo que aumenta la compatibilidad del polímero suavizando la interfaz química entre los dos bloques.
Datos de Synchrotron-SAXS para un copolímero dibloque cónico P (I-SI-S). Las muestras se recocieron a 210 oC y luego se enfriaron a temperatura ambiente para la adquisición de datos. Los valores de los módulos integrales son característicos de las laminillas de dos dominios. El recuadro muestra una imagen de microscopía electrónica de transmisión de una muestra P (I-SI-S). La muestra se tiñe con vapor de OsO4 para mejorar el contraste.
Reducción conceptualizada:piense en un bloque de cuentas púrpuras unidas a un bloque de cuentas azules. Un copolímero de bloque regular tendrá una interfaz nítida que separa los dos tipos de perlas. En un copolímero de bloque cónico, Se ha insertado una región entre los dos bloques de modo que el número de cuentas púrpuras disminuirá lentamente a medida que aumenta el número de cuentas azules. En un copolímero de bloque cónico inverso, ocurre lo contrario (ver figura).
Se cree que el estrechamiento de la interfaz reduce la "penalización" de la mezcla entre dos bloques muy diferentes. El resultado es una temperatura de procesamiento más baja, que es más fácil y económico de lograr, y mayor compatibilidad química.
Para probar esta idea, Los investigadores sintetizaron una serie de muestras de copolímero en bloque de poli (isopreno-b-estireno) cónico en la Universidad de Delaware:muestras con diferentes longitudes de ahusamiento (de 15 a 35 por ciento de material ahusado) con ahusamiento normal o inverso.
Luego, las muestras se calentaron y enfriaron mientras los investigadores observaban los cambios en el material con dispersión de rayos X de ángulo pequeño en el NSLS (línea de luz X27C) y la fuente de fotones avanzada de Argonne. y microscopía electrónica de transmisión y análisis mecánico dinámico en la Universidad de Delaware.
Sus resultados, que apareció el 7 de diciembre, 2009 edición de Materia blanda , demostró que los investigadores pueden ajustar la compatibilidad de los copolímeros de bloque (a través del estrechamiento) sin detrimento del orden o las propiedades mecánicas del material. La investigación también reveló que la reducción gradual inversa proporciona el mayor aumento en la compatibilidad.
"El estrechamiento inverso fuerza interacciones más desfavorables en el copolímero sintetizado, por lo que la penalización por crear más interacciones a través del autoensamblaje o la mezcla es menor, "Dijo Epps.
